JP4068503B2 - Exposure mask for integrated circuit and method for forming the same - Google Patents

Exposure mask for integrated circuit and method for forming the same

Info

Publication number
JP4068503B2
JP4068503B2 JP2003146488A JP2003146488A JP4068503B2 JP 4068503 B2 JP4068503 B2 JP 4068503B2 JP 2003146488 A JP2003146488 A JP 2003146488A JP 2003146488 A JP2003146488 A JP 2003146488A JP 4068503 B2 JP4068503 B2 JP 4068503B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
mask
light
region
exposure
integrated circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2003146488A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2003315979A (en
Inventor
耕治 橋本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Publication of JP2003315979A publication Critical patent/JP2003315979A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4068503B2 publication Critical patent/JP4068503B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • G03F1/32Attenuating PSM [att-PSM], e.g. halftone PSM or PSM having semi-transparent phase shift portion; Preparation thereof
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/26Phase shift masks [PSM]; PSM blanks; Preparation thereof
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/36Masks having proximity correction features; Preparation thereof, e.g. optical proximity correction [OPC] design processes
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70216Mask projection systems
    • G03F7/70283Mask effects on the imaging process

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Preparing Plates And Mask In Photomechanical Process (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体集積回路(IC)の生産に用いられる位相シフトマスク及びその製造方法に関し、特に、フォトリソグラフィによるICの生産(すなわち、光学的写真製造)における解像度と焦点深度の改良、及びイメージショートニングを低減できるマスク構造とその形成方法に係る。
【0002】
【従来の技術】
今日、殆どの半導体集積回路は、光学的な写真製造技術を利用して形成されている。これには、通常、半導体ウェハ上に形成した感光性レジスト材料層に、マスク(すなわち、レチクル)を介して紫外線(UV)光を制御しながら投射することにより露光を行う。このマスクは、通常、レジストが塗布されたウェハに転写されるべき回路パターンを規定する遮光材料層が形成された光透過性基板で構成される。ネガレジストが用いられた場合は、マスクを通過した光によってレジスト層の露光された領域を重合及び架橋させ、分子量を増加させる。続く現像工程では、レジスト層の未露光部分が現像液で洗浄除去され、マスクパターンの反転、すなわちネガティブ画像を構成するレジスト材料のパターンを残存させる。一方、ポジレジストを用いた場合には、マスクを通過した光によってレジスト層の露光された部分が現像液に対して可溶性になるので、露光されたレジスト層部分は現像工程で洗い流され、マスクパターンに直接対応するレジスト材料のパターンのみが残存される。いずれの場合にも、残存されたレジストは半導体材料のパターンを画定するように作用し、このパターンは引き続く処理工程(例えば、エッチング工程や堆積工程)を受け、所望の半導体装置が形成される。
【0003】
サブミクロン領域での回路パターンの形成においては、露光工程でマスクと同程度の分解能が得られることが要求される。レンズの大口径化やより短い波長の光(例えば、DUV領域)を用いることによって、より高い解像性能が得られるが、焦点深度が犠牲になる。よって、投影パターンの焦点深度をできるだけ深くすることが重要である。通常、露光光は比較的厚いレジスト材料層を通過することが要求され、且つマスクパターンはレジスト材料の深さ方向に対しても正確に投影されることが重要である。これに加えて、焦点深度が深くなる(増加する)と、露光装置が最良の焦点位置から多少ずれていても(焦点ずれ状態)解像性能の低下を最小限にできる。なお、最も高精度な写真製造装置であっても、最良の焦点位置からサブミクロン単位のずれが生じないようにすることはできない。
【0004】
ところで、最近、所定の焦点深度に対してレジスト解像性をかなり高くできる位相シフトマスク技術が開発されている。位相シフトマスク(PSM)は、π(180°)だけ位相がシフトされた露光光の透過を許容する選択的に配置されたマスクパターン材料を使用する点において従来のリソグラフィー法によるマスクとは異なっている。このような技術は、1980年代の初頭に最初に提唱され、従来のリソグラフィー技術の限界を0.25μm程度、そして恐らくそれ以下の回路パターンの製造も可能にするものとして期待されている。マスクパターンのエッジ部に対応する位置に生成された露光光の180°の位相差によって、エッジコントラストを大きく増強する干渉効果が生じ、より高い解像性能により深い焦点深度が得られる(不透明なマスクパターン材料、例えばクロムのみを使用する従来の2進強度マスクに比べて)。この技術は、従来のリソグラフィーステッパ光学系とレジスト技術を利用して実現することができるので都合がよい。
【0005】
多数のPSM技術が開発されている。これらには、レベンソン型(alternating)、補助シフタ型(subresolution)、リム型(rim)及びハーフトーン型(attenuated)位相シフト技術等が知られている。一般的には、C.Harper氏等の文献、Electronic Materials & Processes Handbook,2d ed.,1994,§10.4,pp.10.33−10.39を参照されたい。これらの技術の中で、ハーフトーン型位相シフト技術は任意のマスクパターンに適用でき、最も用途が広いものである。ハーフトーン型PSMでは、180°の位相シフトを行う単一のわずかに透過性を持った(ハーフトーン)吸収体を従来の不透明なマスクパターン材料、例えばクロム層に置き換えて用いる。元来、ハーフトーン材料は、2つの層、すなわち透過率制御層と位相制御層とで形成されていたが、最近では光の透過率と位相シフト制御という二重の機能を実現するために開発された単一層材料を用いても同様な作用効果が実現されている。Ito氏等の文献、Optimization of Optical Properties for Single−layer Halftone Masks,SPIE Vol.2197,p.99,January 1994において報告されているように、このような単一層の材料はSiNxからなり、その組成比は形成時の窒素ガスの流入量を変化させることにより制御される。
【0006】
上記ハーフトーン型PSMは、高解像度の実際のデバイスパターンに適用するための最も有用な技術の1つであることがわかっているが(例えば、K.Hashimoto氏等、The Application of Deep UV Phase Shifted−Single layer Halftone reticles to 256 Mbit Dynamic Random Access Memory Cell Patterns,Jpn.J.Appl.Phys.Vol.33(1994)pp.6823−6830を参照されたい)、このハーフトーン型PSMは0.25μmにおける及びそれ以下のパターンサイズが、精度良く生成されるように、より高い解像性能を与えることが要求されている。更に、上記ハーフトーン型PSMはイメージショートニングの問題を解決してはいない。
【0007】
上記イメージショートニングは、得られるパターン全体の解像性能が低下する現象である。例えば、DRAMのパターンにおける電荷蓄積ノード、素子分離及び何種類かの深さのコンタクト孔を形成するために用いられる細長い孔状パターン等のある特定の形状の場合、わずかな焦点ずれはその下にあるウェハ上への孔パターンの実質的な短縮をもたらす。これは、特に焦点ずれが、例えば±1.0μmの条件においては、像強度とコントラストが孔の端部に向かってかなり減少する傾向があることに起因して生じる。これは、従来のハーフトーン型PSMに対して、図1(b)の像強度輪郭シミュレーションのプロットにより示される。
【0008】
従って、全体の高い解像性能と深い焦点深度を与え、イメージショートニングを最小にする半導体装置の露光マスクの必要性が生じる。更に、このようなマスクを生成する効率的な製造方法も望まれている。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、解像性能を向上でき且つ焦点深度を深くできる集積回路用露光マスクを提供することにある。
【0010】
また、この発明の他の目的は、イメージショートニングを低減できる集積回路用露光マスクを提供することにある。
【0011】
この発明の更に他の目的は、前記のようなマスク構造を生成する効率的な方法、特に従来の半導体製造技術を用いて実現できる集積回路用露光マスクの形成方法を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
これらの目的は、この発明の第1の見地にしたがい、光透過性基板と、この光透過性基板上に形成され、感光性材料を露光するための回路パターンが形成されたマスク層とを具備した集積回路の露光マスクによって具体化される。上記マスク層は、半導体基体上に実際のマスク境界とは異なる見かけのマスク境界を生成するように、回路パターンのエッジに隣接して丸みのある表面形状を有する光透過面を有し、この光透過面を介して照射された露光光を回折させるように作用する。
【0013】
上記構成によれば、丸みのある表面形状を有する光透過面が、回路パターンのコーナー部における光強度を増加させるので、イメージショートニングによるコーナー部の解像性能を改善し、且つ焦点深度を深くできる。
【0014】
また、この発明の望ましい実施態様としては、次の(1)から(12)があげられる。
【0015】
(1)丸みのある表面形状を有する光透過面は、マスク層のエッジ部分上に存在する光透過性材料層により形成された全体として突状の表面である。
【0016】
(2)光透過性材料層は、SiO2 層を含む。
【0017】
(3)SiO2 層は、スピン−オン−グラス(SOG)膜を含む。
【0018】
(4)光透過性材料層の厚さは、マスク層の厚さの50%を越えない。
【0019】
(5)回路パターンは、細長い孔状パターンを含む。
【0020】
(6)丸みのある表面形状は、マスク層のエッジの下に延在する光透過性基板の凹領域により形成された突状の表面である。
【0021】
(7)凹領域の深さは、前記マスク層の厚さの3倍を越えない。
【0022】
(8)回路パターンは、線状である。
【0023】
(9)光透過性基板の凹領域は、エッチングされた領域である。
【0024】
(10)マスクはハーフトーン型位相シフトマスクであり、マスク層はハーフトーン材料を含む。
【0025】
(11)ハーフトーン材料は、Si化合物、Cr化合物、Al化合物、Ti化合物、MoSi化合物、及びこれらの混合物の少なくともいずれか1つを含む。
【0026】
(12)マスク層は、不透明材料を含む。
【0027】
更に他の見地においては、この発明は集積回路の露光マスクを形成する方法において具体化される。マスク層は、光透過性基板上に感光性材料を露光するための回路パターンを形成するように配置し、予備的なマスク構造を形成する。半導体基体上に実際のマスク境界とは異なる見かけ上のマスク境界を生成して照射された露光光を回折するために、上記回路パターンのエッジに隣接して光透過性材料からなる丸みのある表面形状を有する光透過面を形成する。
【0028】
上記形成方法によれば、回路パターンのエッジに隣接して丸みのある表面形状を有する光透過面を形成するので、回路パターンのコーナー部における光強度を増加させ、イメージショートニングによるコーナー部の解像性能を改善し、且つ焦点深度を深くできる。この際、特殊な製造工程は不要であり、従来の半導体製造技術を用いて効率的に実現できる。
【0029】
さらにまた、この発明の望ましい実施態様としては、次の(1)から(10)があげられる。
【0030】
(1)丸みのある光透過面を形成する工程は、予備的なマスク構造上に光透過性材料層を堆積形成し、マスク層のエッジ部分上に突状の光透過面を形成する工程を含む。
【0031】
(2)光透過性材料層は、SiO2 である。
【0032】
(3)SiO2 は、スピン−オン−グラス(SOG)膜である。
【0033】
(4)回路パターンは、細長い孔状パターンである。
【0034】
(5)光透過性材料層の厚さは、前記マスク層の厚さの50%を越えない。
【0035】
(6)丸みのある光透過面を形成する工程は、光透過性基板をエッチングして、マスク層のエッジ部分の下に延在する突状の光透過面を含む凹領域を形成するものである。
【0036】
(7)凹領域の深さは、前記マスク層の厚さの3倍を越えない。
【0037】
(8)マスクはハーフトーン型位相シフトマスクであり、マスク層はハーフトーン材料を含む。
【0038】
(9)ハーフトーン材料は、Si化合物、Cr化合物、Al化合物、Ti化合物、MoSi化合物、及びこれらの混合物の少なくともいずれか1つを含む。
【0039】
(10)マスク層は、不透明材料を含む。
【0040】
この発明の上述した目的及びその他の特徴及び利点は、添付図面と関連して記載された好ましい実施の形態の以下に示す詳細な説明から容易に明確にされ、十分に理解される。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0042】
図4は、細長い孔3からなるパターンを有するハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスク(PSM)1に対するこの発明の第1の主要な実施の形態の適用を示す図である。なお、この発明は、従来技術に示したように、単一層及び多層マスクの両者に同様に適用可能であることが理解される。上記マスク1は、例えば水晶からなる光透過性基板5で形成される。ハーフトーン型位相シフトマスク層7は、所望の回路パターンを形成しており、基板(マスク)1上に配置されている。
【0043】
マスク層7は、光減衰及び位相シフト機能の両者を実現する材料、例えば従来技術で示したIto氏等のSiNxの単一層が好ましい例として用いられている。一方、マスク層7は、周知のように、光減衰と位相シフトのための材料の個別の層からなる。マスク層7の光透過率は、公知の技術に従って特定のパターンに対して最適化される。
【0044】
ハーフトーン型PSMにおける上記の構造は、この発明において変形される。この実施の形態においては、比較的高い光透過率を持った2つの領域9a,9bを細長い孔3の対向する端部に隣接してそれぞれ形成している。マスク層3の残りの(一次)領域は、その光透過率をt1 とすると、0<t1 ≦20%であり、一方、補助的な二次領域9a,9bはt1 より高い光透過率t2 (0<t2 ≦20%)になっている。一例として更に詳しくは、光透過率t1 は約4〜8%であり、t2 は約6〜10%である(2%の差)。所定のマスクパターンに対して、光透過率t1 とt2 との間の最適な差は、光透過率の高い二次領域の最適な位置決めと、相対的な寸法規制として、露光のシミュレーションや実際の露光試験により経験的に決定できる。光透過率t1 とt2 の差は10%を越えず、また二次領域の全面積は一次領域の面積の1/3を越えないことが望ましい。二次領域の形状は変化しても良く、また長方形、正方形、楕円及び円形等の形状でも良い。
【0045】
従来のハーフトーン型PSMにおける細長い孔状パターンに対して、図1(a)の従来技術の像強度のシミュレーションプロットに示したように、わずかな焦点ずれ条件、例えば±1.0μmはかなりの量のイメージショートニング(すなわち、細長い孔状パターンの対向する端部における光像コントラストと強度の低下)を招く。本発明者は、この問題は、イメージショートニング(像コントラストの減少)が生じる領域に隣接して透過率を高めた領域を設けることにより排除またはかなり低減させることができることを見いだした。細長い孔状パターンの場合は、イメージショートニングは孔の対向する端部に生じる。図2(a)は、上記図4に示したマスクを用いた場合、同じ焦点ずれに対してイメージショートニングはほとんどまたは全く生じないことを示している。
【0046】
従来のマスクに対するマスク形状の拡大代により、最良の焦点位置におけるイメージショートニングを低減することができる。このような補償はマスク偏りに対する焦点ずれ状態におけるイメージショートニングの問題は解決しないが、焦点ずれ条件におけるイメージショートニングを低減させることができる。この点で、この発明は従来のマスクに比べてリソグラフィ性能の全体を改善するものである。
【0047】
上記のように、透過率を比較的高めた領域もまた、獲得できる全体の解像性能(ある露光許容度に対する焦点深度)を増加させるように作用する。これは、細長い孔状パターンに対して、従来のハーフトーン型PSMに対する(図1(b)参照)露光量−焦点ずれのシミュレーション曲線(E−Dツリー)とマスク1に対するそれ(図2(b)参照)との比較により示される。図1(b)において、曲率の大きい曲線11a,11bは、細長い孔状パターン(異なる合焦/焦点ずれ条件における特定の臨界寸法(CD)基準、例えば0.25μmのデザインルールに対して25nm)の長辺(長さ寸法)に沿い下方にあるレジスト材料を十分に露光するのに必要な露光量の対数を表す。Y(焦点)軸上の点12は最良の焦点位置を表す。同様に、曲率の小さい曲線13a,13bは、細長い孔状パターンの短辺(幅寸法)に沿う下方のレジスト材料を十分に露光するのに必要な露光量を表す。
【0048】
曲率の小さい曲線13a,13bと曲率の大きい曲線11a,11bとで規定されたハッチング領域15は、獲得できる全体の解像性能を表す。y(焦点)軸に沿い測定されたハッチング領域15の最大幅は最良の焦点12からの許容可能なずれの範囲、すなわち焦点深度を表す。図2(b)において、曲線11a’,11b’は図1(b)の曲線11a,11bよりはるかに小さな曲率を有し、実質的に広いハッチング領域15をもたらすことがわかる。このようにして、この発明のマスク1に対する全解像性能及び焦点深度は、従来のハーフトーン型PSMに対するものよりかなり大きくなることがわかる。
【0049】
図5は、線状パターン19(ポジレジストの場合)を含むハーフトーン型PSM17に対する上記の原理の適用を説明する図である。図4の実施の形態と同様に、ハーフトーンマスク21は光透過率t1 の一次領域を有している。線状パターンの2つの端部に隣接して光透過率を高めた透過率t2 の2つの二次領域23a,23bが設けられている。細長い孔状パターンの実施の形態(図4)に対する透過率t1 とt2 の範囲、及びそれらの一次及び二次領域の相対的な大きさもまた、図5の線状パターンの実施の形態に対して適用可能である。この構成により、第1の実施の形態と同様に焦点深度を深くすると共にイメージショートニングを低減できる。
【0050】
図6(a)及び図6(b)を参照して、この発明による位相シフトマスクの製造工程について説明する。図6(a)はプロセスフローチャート、図6(b)は1つの可能な例として図4に示した細長い孔状パターンを持つマスクの処理工程を示している。第1ステップ25では、従来と同様にしてハーフトーンのマスク構造27を形成する。この工程では、電子ビームまたはレーザパターニングを伴うコーティングなどの従来の技術を用い、基板5上に回路パターンに対応するハーフトーンマスク層7を形成する。
【0051】
次に、レジスト材料を上記マスク構造27上に塗布し、パターニングステップ29(例えば、電子ビームまたはレーザビームによるパターニング)を施す。これによって、透過率を高くする二次領域に対応する領域のマスク上からレジストを除去する。このようにしてレジストパターン31を形成する。
【0052】
次に、ステップ33で、弱い酸化処理を行い、二次領域34a,34bにおける露出されたハーフトーン材料を部分的に酸化する。SiNxからなるハーフトーン材料を酸化することによってSiO2 が形成され、光透過率が高くなる。上記弱い酸化処理は、他のハーフトーン位相シフト材料、例えばMoSiOxNy、CrOx、C、及びCrの光透過率、及び多層型ハーフトーン位相シフトマスク、例えばCr/SiO2 のハーフトーン層(例えば、Cr)の光透過率を高くするのにも有効である。上記酸化プロセスは、光透過率の所望の増加を実現するために注意深く制御されるべきである。酸化剤としては、使用されているレジスト材料及びハーフトーン材料の観点から選択されるべきである。酸化剤は、制御可能な割合でハーフトーン材料を酸化し、同時にレジスト層を損なわない必要がある。2つの一般に適切な酸化技術はO2 灰化(プラズマ)と硫酸溶液を用いたものである。
【0053】
最後に、ステップ35で残存しているレジスト材料を除去し、図4に示したものに対応する完成されたマスク構造1が得られる。
【0054】
この発明の第2の主要な実施の形態を2つの好適な変形例、すなわち細長い孔状パターンに対するものと線状パターンに対するものを用いて説明する。上記第1の主要な実施の形態に対して、第2の主要な実施の形態に係るマスク構造は、得られる全体の解像性能と焦点深度を増加させ、更にイメージショートニングを減少させるように作用する。更に、第2の主要な実施の形態では、露光されたパターンのコーナー形状を改善でき、且つハーフトーン型PSMと従来の不透明なマスク構造の両者に適用可能である。第2の主要な実施の形態の構造は単独で用いることも、第1の主要な実施の形態の構造と組み合わせて用いることもできる。
【0055】
変形例の各々において、マスクの回路パターンのエッジに沿う丸められた表面形状は、像強度とコントラストを増加させるように、光をその正常な経路から回折させるために用いられる。これは、孔や線などの回路パターンのコーナー部において露光マスクに生じる丸みを補償するものである。ある程度の丸みは現在のマスク製造技術にとって不可避である。このような丸みは、イメージショートニングを悪化させることになり、リソグラフィー性能を劣化させる。
【0056】
図7ないし図9はそれぞれ、回路パターンが細長い孔(ポジレジストの場合)39を有する第1の変形例を示すものである。マスク41は、例えば水晶のような光透過性基板43とマスク材料がパターニングされた層45とを有している。上記マスク層45は、光を遮断する不透明材料、例えばクロムあるいはハーフトーン型位相シフト材料のいずれを用いてよい。もし、後者の場合は、この層45としては、第1の主要な実施の形態のように、光減衰と位相シフトの二重の機能を実施する単一層、すなわちSiNxか、これらの機能をそれぞれ実現する2つの層のいずれかからなる。
【0057】
図9に示したように、細長い孔39はそのコーナー47においてある程度の丸みを有する。この丸みは、コーナーの解像力(精細度)を低下させ、焦点ずれに対するイメージショートニングを起こそうとする(特に、パターンの長手方向で)。
【0058】
この発明においては、光透過性材料からなる付加した層48を、マスク層45のエッジ上にほぼ丸い表面46を生成するように、基板43とマスク層45上に堆積形成している。上記光透過性材料は、スピン−オン−グラス(SOG)膜などのようなSiO2 コーティングが好ましい。より好ましくは、光透過性材料層48の厚さは、一般にマスク層45の厚さの50%以上にすべきではない。このような層は、実際のマスク境界51に対して外向きに移動される(通常は、約100nm程度の距離δ)見かけのマスク境界50を下にあるレジスト被覆ウェハ上に生成するように、この層を介して照射された露光光49を回折させる効果を有する。これは、コーナーにおける光強度を増加させ、コーナーの精細度を改善する効果を有する。
【0059】
図9に示したように、マスクにより投影される画像の大きさはマスクパターンの実際の大きさ(各々の辺に対して約100nm)より大きい。よって、マスクパターンの大きさ及び倍率縮小の任意の量を決定するときは、これを考慮する必要がある。
【0060】
図3(a)は、上記図7ないし図9のハーフトーン型PSMに対する像強度シミュレーションプロットを示す図である。最良の焦点条件に対して、従来のハーフトーン型PSM(図1(a))及び図4のハーフトーン型PSM(図2(a))に対して示したシミュレーション結果と比べて、コーナーの解像度(精細度)が大幅に改良される。焦点ずれ位置に対しては、図4の実施の形態と同等、すなわち従来のハーフトーン型PSM(あるいは、従来のバイナリマスク)に対して大きく低減されたイメージショートニングが得られる。
【0061】
図3(b)は、上記図7ないし図9のハーフトーン型PSMに対するE−Dツリーのシミュレーション結果を示す図である。この図から明らかなように、図4の実施の形態と同様に、曲線11a”,11b”は図1(b)の曲線11a,11bよりはるかに小さな曲率となり、実質的に広いハッチング領域15”(y(焦点)軸に沿って測定した)となる。このように、この発明によるマスク41に対する全体の解像性能及び焦点深度は従来のハーフトーン型PSMに対するものよりかなり大きくなることがわかる。
【0062】
図10ないし図12はそれぞれ、回路パターンが線状パターン52(ポジレジストの場合)を含む第2の主要な実施の形態の第2の変形例を示す図である。図7ないし図9に示した第1の変形例と同様に、マスク53はマスク材料57の層を用いてパターニングした光透過性基板55を備えている。第1の変形例(図7ないし図9)に関して示したマスク材料の代替物(例えば、不透明材料を用いたハーフトーン型PSM)も第2の変形例に適用される。
【0063】
図12に示したように、線状パターン52はそのコーナー59である程度の丸みを有する。第1変形例におけるように、このような丸みはコーナーの解像力を低下させ、特に焦点ずれ状態でイメージショートニングを起こし易い。
【0064】
この第2変形例においては、マスク基板55はマスク層57のエッジの下にある丸みのある表面62を与える凹領域61を有する。この凹領域は、基板55の上面を、マスク層57の厚さの3倍(3x)を越えない深さまでエッチングすることにより形成される。有効な丸み形状を生成するためには、等方性のエッチングプロセス(例えば、ウェットエッチングかケミカルドライエッチング(CDE)のいずれか)を用いると良い。丸みのある表面62は線状パターンのエッジに隣接する露光光63を内側方向に回折させる効果がある。光63は、実際のマスク境界67に対して外方に移動される見かけのマスク境界65を生成するようにマスク層57によりブロックされる(または減衰及び位相シフトされる)。これは、次に、コーナーによる限定を改良し、線状パターンのコーナーにおける光強度と像コントラストを増加させる。更に、第1の変形例におけるように、全体の解像性能及び焦点深度の実質的な増加が得られる。
【0065】
以上の説明では、この発明をその好ましい実施の形態を用いて説明した。この開示を再検討することによって、特許請求の範囲の各請求項に記載された意図及び技術的範囲内で他の実施の形態、変更例、変形例等が当業者にとって可能であろう。
【0066】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、解像性能を向上でき且つ焦点深度を深くできる集積回路用露光マスクが得られる。
【0067】
また、イメージショートニングを低減できる集積回路用露光マスクが得られる。
【0068】
更に、前記のようなマスク構造を生成する効率的な方法、特に従来の半導体製造技術を用いて実行できる集積回路用露光マスクの形成方法が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)図は、ベスト焦点位置と焦点ずれ状態にある、従来のハーフトーン型PSMの細長い孔状パターンを介して照射された露光光に対する像強度のシミュレーションプロットを示す図、(b)図は、(a)図の細長い孔状パターンのマスクに対する露光量−焦点ずれのシミュレーション曲線(E−Dツリー)をグラフとして示す図。
【図2】(a)図は、ベスト焦点位置と焦点ずれ状態にある、この発明の第1の主要な実施の形態に係る位相シフトマスクの細長い孔状パターンを介して照射された露光光に対する像強度のシミュレーションプロットを示す図、(b)図は、(a)図の細長い孔のマスクパターンに対する露光量−焦点ずれのシミュレーション曲線(E−Dツリー)をグラフとして示す図。
【図3】(a)図は、ベスト焦点位置と焦点ずれ状態にある、この発明の第2の主要な実施の形態に係る位相シフトマスクの細長い孔状パターンを介して照射された露光光に対する像強度のシミュレーションプロットを示す図、(b)図は、(a)図の細長い孔のマスクパターンに対する露光量−焦点ずれのシミュレーション曲線(E−Dツリー)をグラフとして示す図。
【図4】この発明の第1の主要な実施の形態に係るハーフトーン型PSMにおける孔状パターンのマスク構造(ポジレジストの場合)を示す概略的な上面図。
【図5】この発明の第1の主要な実施の形態に係るハーフトーン型PSMにおける線状パターンのマスク構造(ポジレジストの場合)を示す概略的な上面図。
【図6】(a)図は、第1の主要な実施の形態のマスク構造を形成する方法を示すプロセスフローチャート、(b)図は、図4の孔状パターンマスク構造に対する、(a)図に示したプロセスステップの一部を示す上面図。
【図7】この発明の第2の主要な実施の形態に係る第1のマスク構造の部分断面図。
【図8】図7に示したマスク構造の概略的な部分拡大断面図であり、このマスクを介して照射される露光光について説明するための図。
【図9】図7に示したマスク構造の概略的な上面図であり、このマスクを介して照射される露光光について説明するための図。
【図10】この発明の第2の主要な実施の形態に係る第2のマスク構造の部分断面図。
【図11】図10に示した第2のマスク構造の概略的な部分断面図であり、このマスクをを介して照射される露光光について説明するための図。
【図12】図11に示した第2のマスク構造の概略的な上面図であり、このマスクを介して照射される露光光について説明するための図。
【符号の説明】
1…ハーフトーン型位相シフトマスク、3…細長い孔、5…光透過性基板、7…マスク層、19a,9b…二次領域、17…ハーフトーン型位相シフトマスク、19…線状パターン、21…ハーフトーンマスク、23a,23b…二次領域、27…ハーフトーンマスク構造、31…レジストパターン、34a,34b…二次領域、39…細長い孔、41…マスク、43…光透過性基板、45…マスク層、46…丸い表面、48…光透過性材料層、51…マスク境界、52…線状パターン、53…マスク、55…マスク基板、57…マスク層、59…コーナー、62…丸み表面、63…露光光、65…見かけのマスク境界、67…実際のマスク境界。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a phase shift mask used in the production of a semiconductor integrated circuit (IC) and a method for manufacturing the same, and more particularly to an improvement in resolution and depth of focus and image in the production of an IC by photolithography (ie, optical photographic manufacturing). The present invention relates to a mask structure capable of reducing shortening and a method for forming the same.
[0002]
[Prior art]
Today, most semiconductor integrated circuits are formed using optical photographic manufacturing techniques. In general, exposure is performed by projecting ultraviolet (UV) light onto a photosensitive resist material layer formed on a semiconductor wafer through a mask (that is, a reticle) while controlling the light. This mask is usually composed of a light-transmitting substrate on which a light-shielding material layer that defines a circuit pattern to be transferred to a resist-coated wafer is formed. When a negative resist is used, the exposed area of the resist layer is polymerized and cross-linked by the light passing through the mask to increase the molecular weight. In the subsequent development step, the unexposed portion of the resist layer is washed away with a developer, and the mask pattern is inverted, that is, the resist material pattern constituting the negative image remains. On the other hand, when a positive resist is used, the exposed portion of the resist layer becomes soluble in the developer due to the light that has passed through the mask, so the exposed resist layer portion is washed away in the developing process, and the mask pattern Only the pattern of the resist material that directly corresponds to is left. In either case, the remaining resist acts to define a pattern of semiconductor material that is subjected to subsequent processing steps (eg, an etching step or a deposition step) to form a desired semiconductor device.
[0003]
In forming a circuit pattern in the submicron region, it is required that the same resolution as that of the mask is obtained in the exposure process. By increasing the lens diameter and using light with a shorter wavelength (for example, the DUV region), higher resolution performance can be obtained, but the depth of focus is sacrificed. Therefore, it is important to make the depth of focus of the projection pattern as deep as possible. Usually, exposure light is required to pass through a relatively thick resist material layer, and it is important that the mask pattern is accurately projected even in the depth direction of the resist material. In addition to this, when the depth of focus is deepened (increased), degradation in resolution performance can be minimized even if the exposure apparatus is slightly deviated from the best focus position (defocus state). Even the most accurate photographic manufacturing apparatus cannot prevent submicron deviation from the best focus position.
[0004]
By the way, recently, a phase shift mask technique capable of considerably improving resist resolution for a predetermined depth of focus has been developed. A phase shift mask (PSM) differs from a conventional lithographic mask in that it uses a selectively placed mask pattern material that allows transmission of exposure light that is phase shifted by π (180 °). Yes. Such a technique was first proposed at the beginning of the 1980s, and is expected to make it possible to manufacture circuit patterns with a limit of about 0.25 μm and possibly less than that of the conventional lithography technique. The 180 ° phase difference of the exposure light generated at the position corresponding to the edge portion of the mask pattern produces an interference effect that greatly enhances the edge contrast, and a deeper depth of focus can be obtained with higher resolution performance (an opaque mask). (Compared to conventional binary intensity masks using only pattern material, eg chromium)). This technique is advantageous because it can be implemented using conventional lithography stepper optics and resist technology.
[0005]
A number of PSM technologies have been developed. Among these, Levenson type (alternating) type, auxiliary shifter type (subresolution), rim type (rim), halftone type (attenuated) phase shift technology and the like are known. In general, C.I. Harper et al., Electronic Materials & Processes Handbook, 2d ed. , 1994, § 10.4, pp. See 10.33-10.39. Among these techniques, the halftone phase shift technique can be applied to an arbitrary mask pattern and has the widest use. In halftone PSM, a single slightly transmissive (halftone) absorber with a 180 ° phase shift is used in place of a conventional opaque mask pattern material, such as a chromium layer. Originally, the halftone material was formed with two layers, namely a transmittance control layer and a phase control layer, but recently it was developed to realize the dual function of light transmittance and phase shift control. Similar effects are realized even when the single layer material is used. Ito et al., Optimization of Optical Properties for Single-layer Halftone Masks, SPIE Vol. 2197, p. 99, January 1994, such a single layer material is made of SiNx, and its composition ratio is controlled by changing the inflow of nitrogen gas during formation.
[0006]
The halftone PSM has been found to be one of the most useful techniques for applying to high resolution actual device patterns (eg, K. Hashimoto et al., The Application of Deep UV Phase Shifted). Single layer Halftone reticles to 256 Mbit Dynamic Random Access Memory Cell Patterns, Jpn. J. Appl. Phys. Vol. 33 (1994) pp. Therefore, it is required to provide higher resolution performance so that pattern sizes smaller than or smaller than that can be generated with high accuracy. Furthermore, the halftone PSM does not solve the problem of image shortening.
[0007]
The image shortening is a phenomenon in which the resolution performance of the entire pattern to be obtained is lowered. For example, in the case of certain shapes such as charge storage nodes in the DRAM pattern, element isolation and elongated hole patterns used to form contact holes of several depths, a slight defocus is underneath. This results in a substantial shortening of the hole pattern on a wafer. This is caused by the fact that the image intensity and contrast tend to decrease significantly toward the end of the hole, particularly under the condition of defocus of ± 1.0 μm. This is shown by the plot of the image intensity contour simulation of FIG. 1 (b) for a conventional halftone PSM.
[0008]
Accordingly, there is a need for an exposure mask for a semiconductor device that provides high overall resolution performance and deep depth of focus and minimizes image shortening. Furthermore, an efficient manufacturing method for generating such a mask is also desired.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide an exposure mask for an integrated circuit that can improve the resolution performance and increase the depth of focus.
[0010]
Another object of the present invention is to provide an integrated circuit exposure mask that can reduce image shortening.
[0011]
Still another object of the present invention is to provide an efficient method for generating a mask structure as described above, particularly a method for forming an exposure mask for an integrated circuit that can be realized using conventional semiconductor manufacturing techniques.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In accordance with the first aspect of the present invention, these objects include a light-transmitting substrate and a mask layer formed on the light-transmitting substrate and having a circuit pattern for exposing a photosensitive material. It is embodied by the exposure mask of the integrated circuit. The mask layer has a light-transmitting surface having a rounded surface shape adjacent to the edge of the circuit pattern so as to generate an apparent mask boundary on the semiconductor substrate that is different from the actual mask boundary. It acts to diffract the exposure light irradiated through the transmission surface.
[0013]
According to the above configuration, the light-transmitting surface having a rounded surface shape increases the light intensity at the corner portion of the circuit pattern, so that the resolution performance of the corner portion by image shortening can be improved and the depth of focus can be increased. .
[0014]
Further, preferred embodiments of the present invention include the following (1) to (12).
[0015]
(1) The light-transmitting surface having a rounded surface shape is a projecting surface as a whole formed by the light-transmitting material layer present on the edge portion of the mask layer.
[0016]
(2) The light transmissive material layer includes a SiO2 layer.
[0017]
(3) The SiO2 layer includes a spin-on-glass (SOG) film.
[0018]
(4) The thickness of the light transmissive material layer does not exceed 50% of the thickness of the mask layer.
[0019]
(5) The circuit pattern includes an elongated hole pattern.
[0020]
(6) The rounded surface shape is a protruding surface formed by a concave region of the light-transmitting substrate that extends under the edge of the mask layer.
[0021]
(7) The depth of the concave region does not exceed three times the thickness of the mask layer.
[0022]
(8) The circuit pattern is linear.
[0023]
(9) The concave region of the light transmissive substrate is an etched region.
[0024]
(10) The mask is a halftone phase shift mask, and the mask layer includes a halftone material.
[0025]
(11) The halftone material includes at least one of a Si compound, a Cr compound, an Al compound, a Ti compound, a MoSi compound, and a mixture thereof.
[0026]
(12) The mask layer includes an opaque material.
[0027]
In yet another aspect, the present invention is embodied in a method of forming an exposure mask for an integrated circuit. The mask layer is arranged to form a circuit pattern for exposing the photosensitive material on the light-transmitting substrate, thereby forming a preliminary mask structure. A round surface made of a light-transmitting material adjacent to the edge of the circuit pattern to diffract the irradiated exposure light on the semiconductor substrate to produce an apparent mask boundary different from the actual mask boundary A light transmission surface having a shape is formed.
[0028]
According to the above formation method, a light transmission surface having a rounded surface shape is formed adjacent to the edge of the circuit pattern, so that the light intensity at the corner portion of the circuit pattern is increased and the corner portion is resolved by image shortening. Performance can be improved and depth of focus can be increased. At this time, no special manufacturing process is required, and it can be efficiently realized by using a conventional semiconductor manufacturing technique.
[0029]
Furthermore, preferred embodiments of the present invention include the following (1) to (10).
[0030]
(1) The step of forming a round light-transmitting surface is a step of depositing and forming a light-transmitting material layer on a preliminary mask structure and forming a projecting light-transmitting surface on the edge portion of the mask layer. Including.
[0031]
(2) The light transmissive material layer is made of SiO2.
[0032]
(3) SiO2 is a spin-on-glass (SOG) film.
[0033]
(4) The circuit pattern is an elongated hole pattern.
[0034]
(5) The thickness of the light transmissive material layer does not exceed 50% of the thickness of the mask layer.
[0035]
(6) The step of forming a round light transmitting surface is a step of etching the light transmitting substrate to form a concave region including a projecting light transmitting surface extending below the edge portion of the mask layer. is there.
[0036]
(7) The depth of the concave region does not exceed three times the thickness of the mask layer.
[0037]
(8) The mask is a halftone phase shift mask, and the mask layer contains a halftone material.
[0038]
(9) The halftone material contains at least one of Si compound, Cr compound, Al compound, Ti compound, MoSi compound, and a mixture thereof.
[0039]
(10) The mask layer includes an opaque material.
[0040]
The above objects and other features and advantages of the present invention will be readily apparent and fully understood from the following detailed description of the preferred embodiment described in connection with the accompanying drawings.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0042]
FIG. 4 is a diagram showing an application of the first main embodiment of the present invention to a halftone type phase shift mask (PSM) 1 having a pattern of elongated holes 3. It is understood that the present invention is equally applicable to both single layer and multi-layer masks as shown in the prior art. The mask 1 is formed of a light transmissive substrate 5 made of, for example, quartz. The halftone phase shift mask layer 7 forms a desired circuit pattern and is disposed on the substrate (mask) 1.
[0043]
As the mask layer 7, a material that realizes both optical attenuation and phase shift functions, for example, a single layer of SiNx such as Ito shown in the prior art is preferably used. On the other hand, the mask layer 7 is composed of individual layers of materials for light attenuation and phase shifting, as is well known. The light transmittance of the mask layer 7 is optimized for a specific pattern according to known techniques.
[0044]
The above structure in the halftone PSM is modified in the present invention. In this embodiment, two regions 9a and 9b having a relatively high light transmittance are formed adjacent to the opposing ends of the elongated hole 3, respectively. The remaining (primary) region of the mask layer 3 is 0 <t1 ≦ 20%, where the light transmittance is t1, while the auxiliary secondary regions 9a and 9b have a light transmittance t2 (higher than t1). 0 <t2 ≦ 20%). More specifically as an example, the light transmittance t1 is about 4-8% and t2 is about 6-10% (2% difference). For a given mask pattern, the optimal difference between the light transmittances t1 and t2 is the optimal positioning of the secondary region with high light transmittance and relative dimensional constraints, such as exposure simulation and actual It can be determined empirically by exposure test. It is desirable that the difference between the light transmittances t1 and t2 does not exceed 10%, and the total area of the secondary region does not exceed 1/3 of the area of the primary region. The shape of the secondary region may vary, and may be a shape such as a rectangle, a square, an ellipse, and a circle.
[0045]
For elongated hole patterns in a conventional halftone PSM, as shown in the prior art image intensity simulation plot of FIG. 1 (a), a slight defocus condition, eg ± 1.0 μm, is a significant amount. Image shortening (that is, a decrease in optical image contrast and intensity at opposite ends of the elongated hole pattern). The inventor has found that this problem can be eliminated or significantly reduced by providing a region with increased transmittance adjacent to the region where image shortening occurs (decrease in image contrast). In the case of an elongated hole pattern, image shortening occurs at the opposite ends of the hole. FIG. 2A shows that when the mask shown in FIG. 4 is used, there is little or no image shortening for the same defocus.
[0046]
Image shortening at the best focus position can be reduced by the mask shape enlargement allowance with respect to the conventional mask. Such compensation does not solve the problem of image shortening in a defocus state with respect to mask deviation, but can reduce image shortening in a defocus condition. In this regard, the present invention improves overall lithographic performance compared to conventional masks.
[0047]
As noted above, areas with relatively high transmittance also act to increase the overall resolution performance that can be obtained (depth of focus for a given exposure tolerance). This corresponds to a simulation curve (ED tree) of exposure amount-defocus for the conventional halftone PSM (see FIG. 1B) and that for the mask 1 (FIG. It is shown by comparison with (see)). In FIG. 1 (b), the large curvature curves 11a, 11b are elongated hole patterns (specific critical dimension (CD) criteria under different focus / defocus conditions, eg 25 nm for a design rule of 0.25 μm). Represents the logarithm of the exposure amount necessary to sufficiently expose the resist material below along the long side (length dimension). Point 12 on the Y (focus) axis represents the best focus position. Similarly, the curved lines 13a and 13b having a small curvature represent the exposure amount necessary to sufficiently expose the lower resist material along the short side (width dimension) of the elongated hole pattern.
[0048]
The hatched area 15 defined by the low curvature curves 13a and 13b and the high curvature curves 11a and 11b represents the overall resolution performance that can be obtained. The maximum width of the hatched area 15 measured along the y (focus) axis represents the range of allowable deviation from the best focus 12, ie the depth of focus. In FIG. 2 (b), it can be seen that the curves 11a 'and 11b' have a much smaller curvature than the curves 11a and 11b in FIG. In this way, it can be seen that the overall resolution performance and depth of focus for the mask 1 of the present invention is significantly greater than for a conventional halftone PSM.
[0049]
FIG. 5 is a diagram for explaining the application of the above principle to the halftone PSM 17 including the linear pattern 19 (in the case of a positive resist). As in the embodiment of FIG. 4, the halftone mask 21 has a primary region with a light transmittance t1. Two secondary regions 23a and 23b having a transmittance t2 having an increased light transmittance are provided adjacent to the two ends of the linear pattern. The range of transmittance t1 and t2 for the elongated hole pattern embodiment (FIG. 4) and the relative sizes of their primary and secondary regions are also relative to the linear pattern embodiment of FIG. Applicable. With this configuration, the depth of focus can be increased and image shortening can be reduced as in the first embodiment.
[0050]
A manufacturing process of the phase shift mask according to the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 6 (a) shows a process flowchart, and FIG. 6 (b) shows a processing step for a mask having an elongated hole pattern shown in FIG. 4 as one possible example. In the first step 25, a halftone mask structure 27 is formed as in the conventional case. In this step, a halftone mask layer 7 corresponding to the circuit pattern is formed on the substrate 5 using a conventional technique such as coating with electron beam or laser patterning.
[0051]
Next, a resist material is applied on the mask structure 27, and a patterning step 29 (for example, patterning with an electron beam or a laser beam) is performed. Thus, the resist is removed from the mask in the region corresponding to the secondary region that increases the transmittance. In this way, a resist pattern 31 is formed.
[0052]
Next, in step 33, a weak oxidation process is performed to partially oxidize the exposed halftone material in the secondary regions 34a, 34b. By oxidizing the halftone material made of SiNx, SiO2 is formed and the light transmittance is increased. The weak oxidation treatment can be achieved with other halftone phase shift materials such as MoSiOxNy, CrOx, C, and Cr, and multi-layer halftone phase shift masks such as Cr / SiO2 halftone layers (eg, Cr). It is also effective to increase the light transmittance of the. The oxidation process should be carefully controlled to achieve the desired increase in light transmission. The oxidant should be selected from the standpoint of the resist material and halftone material being used. The oxidizing agent should oxidize the halftone material at a controllable rate and at the same time not damage the resist layer. Two generally suitable oxidation techniques are those using O2 ashing (plasma) and sulfuric acid solution.
[0053]
Finally, the remaining resist material is removed in step 35, and a completed mask structure 1 corresponding to that shown in FIG. 4 is obtained.
[0054]
The second main embodiment of the present invention will be described using two preferred modifications, one for an elongated hole pattern and one for a linear pattern. Compared to the first main embodiment, the mask structure according to the second main embodiment acts to increase the overall resolution performance and depth of focus obtained and to further reduce image shortening. To do. Furthermore, the second main embodiment can improve the corner shape of the exposed pattern and can be applied to both halftone PSM and conventional opaque mask structures. The structure of the second main embodiment can be used alone or in combination with the structure of the first main embodiment.
[0055]
In each of the variations, the rounded surface shape along the edge of the mask circuit pattern is used to diffract light from its normal path so as to increase image intensity and contrast. This compensates for roundness that occurs in the exposure mask at the corners of circuit patterns such as holes and lines. A certain degree of roundness is inevitable for the current mask manufacturing technology. Such roundness degrades image shortening and degrades lithography performance.
[0056]
7 to 9 show a first modification example in which the circuit pattern has an elongated hole 39 (in the case of a positive resist). The mask 41 includes a light-transmitting substrate 43 such as quartz and a layer 45 in which a mask material is patterned. The mask layer 45 may use an opaque material that blocks light, for example, chromium or a halftone phase shift material. In the latter case, the layer 45 is a single layer that performs the dual function of optical attenuation and phase shift, that is, SiNx, as in the first main embodiment. It consists of one of two layers to be realized.
[0057]
As shown in FIG. 9, the elongated hole 39 has a certain degree of roundness at the corner 47. This roundness reduces corner resolution (definition) and tends to cause image shortening with respect to defocus (especially in the longitudinal direction of the pattern).
[0058]
In the present invention, an additional layer 48 of light transmissive material is deposited on the substrate 43 and the mask layer 45 so as to produce a substantially rounded surface 46 on the edge of the mask layer 45. The light transmissive material is preferably a SiO2 coating such as a spin-on-glass (SOG) film. More preferably, the thickness of the light transmissive material layer 48 should generally not be greater than 50% of the thickness of the mask layer 45. Such a layer is moved outward with respect to the actual mask boundary 51 (usually a distance δ on the order of about 100 nm) to produce an apparent mask boundary 50 on the underlying resist-coated wafer. This has the effect of diffracting the exposure light 49 irradiated through this layer. This has the effect of increasing the light intensity at the corner and improving the corner definition.
[0059]
As shown in FIG. 9, the size of the image projected by the mask is larger than the actual size of the mask pattern (about 100 nm for each side). Therefore, it is necessary to take this into consideration when determining the size of the mask pattern and any amount of magnification reduction.
[0060]
FIG. 3A is a diagram showing an image intensity simulation plot for the halftone PSM shown in FIGS. Compared to the simulation results shown for the conventional halftone PSM (FIG. 1A) and the halftone PSM of FIG. 4 (FIG. 2A) for the best focus conditions, the corner resolution (Definition) is greatly improved. For the defocus position, image shortening equivalent to that of the embodiment of FIG. 4, that is, greatly reduced with respect to the conventional halftone PSM (or the conventional binary mask) is obtained.
[0061]
FIG. 3B is a diagram showing a simulation result of the ED tree for the halftone PSM of FIGS. As is apparent from this figure, as in the embodiment of FIG. 4, the curves 11a ", 11b" have a much smaller curvature than the curves 11a, 11b of FIG. (Measured along the y (focus) axis) Thus, it can be seen that the overall resolution performance and depth of focus for the mask 41 according to the invention is significantly greater than for a conventional halftone PSM.
[0062]
FIG. 10 to FIG. 12 are diagrams showing a second modification of the second main embodiment in which the circuit pattern includes a linear pattern 52 (in the case of a positive resist). Similar to the first modification shown in FIGS. 7 to 9, the mask 53 includes a light-transmitting substrate 55 patterned using a layer of a mask material 57. Alternatives to the mask material shown with respect to the first variant (FIGS. 7 to 9) (eg halftone PSM using opaque material) are also applicable to the second variant.
[0063]
As shown in FIG. 12, the linear pattern 52 has a certain degree of roundness at the corner 59. As in the first modification example, such roundness reduces the resolving power of the corner, and easily causes image shortening particularly in a defocused state.
[0064]
In this second variant, the mask substrate 55 has a recessed area 61 that provides a rounded surface 62 under the edge of the mask layer 57. This concave region is formed by etching the upper surface of the substrate 55 to a depth not exceeding three times (3 ×) the thickness of the mask layer 57. An isotropic etching process (eg, either wet etching or chemical dry etching (CDE)) may be used to produce an effective round shape. The rounded surface 62 has an effect of diffracting the exposure light 63 adjacent to the edge of the linear pattern in the inward direction. The light 63 is blocked (or attenuated and phase shifted) by the mask layer 57 to produce an apparent mask boundary 65 that is moved outward relative to the actual mask boundary 67. This, in turn, improves the corner limitation and increases the light intensity and image contrast at the corners of the linear pattern. Furthermore, as in the first variation, a substantial increase in overall resolution performance and depth of focus is obtained.
[0065]
In the above description, this invention was demonstrated using the preferable embodiment. By reviewing this disclosure, other embodiments, changes, modifications, and the like will be possible to those skilled in the art within the spirit and scope of the claims.
[0066]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, it is possible to obtain an exposure mask for an integrated circuit that can improve the resolution performance and increase the depth of focus.
[0067]
Moreover, an exposure mask for integrated circuits that can reduce image shortening can be obtained.
[0068]
Furthermore, an efficient method for generating the mask structure as described above, in particular, a method for forming an exposure mask for an integrated circuit that can be executed using a conventional semiconductor manufacturing technique is obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1A is a diagram showing a simulation plot of image intensity with respect to exposure light irradiated through an elongated hole pattern of a conventional halftone PSM in a best focus position and a defocused state; b) The figure shows the simulation curve (ED tree) of the exposure amount-focal shift for the mask of the elongated hole pattern of FIG.
FIG. 2 (a) shows the exposure light irradiated through the elongated hole-shaped pattern of the phase shift mask according to the first main embodiment of the present invention in the best focal position and in the defocus state. The figure which shows the simulation plot of image intensity | strength, (b) The figure which shows the simulation curve (ED tree) of the exposure amount-defocus with respect to the mask pattern of the elongate hole of (a) figure as a graph.
FIG. 3A is a diagram showing exposure light irradiated through an elongated hole-like pattern of a phase shift mask according to a second main embodiment of the present invention in a best focus position and a defocused state. The figure which shows the simulation plot of image intensity | strength, (b) The figure which shows the simulation curve (ED tree) of the exposure amount-defocus with respect to the mask pattern of the elongate hole of (a) figure as a graph.
FIG. 4 is a schematic top view showing a mask structure (in the case of a positive resist) of a hole pattern in the halftone PSM according to the first main embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic top view showing a mask structure (in the case of a positive resist) of a linear pattern in the halftone PSM according to the first main embodiment of the present invention.
6A is a process flowchart showing a method of forming a mask structure of the first main embodiment, and FIG. 6B is a diagram for the hole pattern mask structure of FIG. The top view which shows a part of process step shown in FIG.
FIG. 7 is a partial sectional view of a first mask structure according to a second main embodiment of the present invention.
8 is a schematic partial enlarged cross-sectional view of the mask structure shown in FIG. 7, for explaining exposure light irradiated through this mask. FIG.
9 is a schematic top view of the mask structure shown in FIG. 7, for explaining the exposure light irradiated through the mask. FIG.
FIG. 10 is a partial cross-sectional view of a second mask structure according to a second main embodiment of the present invention.
11 is a schematic partial cross-sectional view of the second mask structure shown in FIG. 10, for explaining exposure light irradiated through this mask. FIG.
12 is a schematic top view of the second mask structure shown in FIG. 11, for explaining exposure light irradiated through the mask. FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Halftone type phase shift mask, 3 ... Elongated hole, 5 ... Light transmissive substrate, 7 ... Mask layer, 19a, 9b ... Secondary region, 17 ... Halftone type phase shift mask, 19 ... Linear pattern, 21 ... halftone mask, 23a, 23b ... secondary region, 27 ... halftone mask structure, 31 ... resist pattern, 34a, 34b ... secondary region, 39 ... elongated hole, 41 ... mask, 43 ... light transmissive substrate, 45 ... mask layer, 46 ... round surface, 48 ... light transmissive material layer, 51 ... mask boundary, 52 ... linear pattern, 53 ... mask, 55 ... mask substrate, 57 ... mask layer, 59 ... corner, 62 ... round surface 63 ... exposure light, 65 ... apparent mask boundary, 67 ... actual mask boundary.

Claims (5)

光透過性基板と、
この光透過性基板上に形成され、感光性材料を露光するための、複数の線状パターンを含む回路パターンが形成された遮光マスク層とからなる集積回路用露光マスクにおいて、
上記遮光マスク層、半導体基体上に遮光領域を実際のマスク境界に対して外方に移動される見かけのマスク境界を生成するように、
前記集積回路用露光マスクは、前記複数の線状パターンのエッジそれぞれ隣接して丸みのある表面形状を有する光透過面を有し、
上記丸みのある表面形状の領域は、上記遮光マスク層の線状パターンのエッジの下から外方領域に延在し、上記光透過性基板の凹領域により形成され該丸みのある表面形状を介して照射された露光光を実際のマスク境界に対して外方に折り曲げるようにしたことを特徴とする集積回路用露光マスク。
A light transmissive substrate;
In an integrated circuit exposure mask comprising a light-shielding mask layer formed with a circuit pattern including a plurality of linear patterns on the light-transmitting substrate and exposing a photosensitive material .
As the light shielding mask layer generates a mask boundary apparent to be moved outwardly relative to actual mask boundary light shielding regions on a semiconductor substrate,
The integrated circuit exposure mask has a light transmission surface having a rounded surface shape adjacent to each of the edges of the plurality of linear patterns ,
The rounded surface-shaped region extends from below the edge of the linear pattern of the light-shielding mask layer to the outer region, and is formed by a concave region of the light-transmitting substrate, through the rounded surface shape. An exposure mask for an integrated circuit, wherein the exposure light irradiated in this manner is bent outward with respect to an actual mask boundary .
前記凹領域の深さは、前記マスク層の厚さの3倍を越えないことを特徴とする請求項1に記載の集積回路用露光マスク。2. The integrated circuit exposure mask according to claim 1 , wherein the depth of the concave region does not exceed three times the thickness of the mask layer. 前記光透過性基板の凹領域は、エッチングされた領域であることを特徴とする請求項1または2に記載の集積回路用露光マスク。 3. The integrated circuit exposure mask according to claim 1, wherein the concave region of the light-transmitting substrate is an etched region. 光透過性基板上に感光性材料を露光するための、複数の線状パターンを含む回路パターンを形成した遮光マスク層を形成する工程と、
上記遮光マスク層が、半導体基体上に遮光領域を実際のマスク境界に対して外方に移動される見かけ上のマスク境界を生成するように、上記複数の線状パターンのエッジそれぞれ隣接して光透過性材料からなる丸みのある表面形状の領域を有する光透過面を形成する工程とを具備し、
上記丸みのある表面形状の領域を有する光透過面を形成する工程は、上記光透過性基板の上面をエッチングして、上記遮光マスク層の線状パターンのエッジの下から外方領域に延在する凹領域を形成することで、該丸みのある表面形状を介して照射された露光光を実際のマスク境界に対して外方に折り曲げる領域を有する上記光透過面を形成するものである
ことを特徴とする集積回路用露光マスクの形成方法。
A light transmissive substrate, forming a light-shielding mask layer to form a circuit pattern including for exposing a photosensitive material, a plurality of linear patterns,
The light shielding mask layer is adjacent to each of the edges of the plurality of linear patterns so as to generate an apparent mask boundary on the semiconductor substrate that moves the light shielding region outward relative to the actual mask boundary. Forming a light-transmitting surface having a round surface-shaped region made of a light-transmitting material,
The step of forming a light transmissive surface having a round surface-shaped region is formed by etching the upper surface of the light transmissive substrate and extending from below the edge of the linear pattern of the light shielding mask layer to an outer region. By forming the concave region, the light transmission surface having a region for bending the exposure light irradiated through the rounded surface shape outward with respect to the actual mask boundary is formed. A method of forming an exposure mask for an integrated circuit.
前記凹領域の深さは、前記マスク層の厚さの3倍を越えないことを特徴とする請求項4に記載の集積回路用露光マスクの形成方法。5. The method of forming an exposure mask for an integrated circuit according to claim 4 , wherein the depth of the concave region does not exceed three times the thickness of the mask layer.
JP2003146488A 1996-05-31 2003-05-23 Exposure mask for integrated circuit and method for forming the same Expired - Fee Related JP4068503B2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/652,641 US5869212A (en) 1996-05-31 1996-05-31 Integrated circuit photofabrication masks and methods for making same
US652641 1996-05-31

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14419097A Division JP3499714B2 (en) 1996-05-31 1997-06-02 Phase shift mask and method of manufacturing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003315979A JP2003315979A (en) 2003-11-06
JP4068503B2 true JP4068503B2 (en) 2008-03-26

Family

ID=24617587

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14419097A Expired - Fee Related JP3499714B2 (en) 1996-05-31 1997-06-02 Phase shift mask and method of manufacturing the same
JP2003146488A Expired - Fee Related JP4068503B2 (en) 1996-05-31 2003-05-23 Exposure mask for integrated circuit and method for forming the same

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP14419097A Expired - Fee Related JP3499714B2 (en) 1996-05-31 1997-06-02 Phase shift mask and method of manufacturing the same

Country Status (2)

Country Link
US (2) US5869212A (en)
JP (2) JP3499714B2 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6410191B1 (en) * 1999-06-25 2002-06-25 Advanced Micro Devices, Inc. Phase-shift photomask for patterning high density features
US6562521B1 (en) 1999-06-25 2003-05-13 Advanced Micro Devices, Inc. Semiconductor feature having support islands
US6274281B1 (en) 1999-12-28 2001-08-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Using different transmittance with attenuate phase shift mask (APSM) to compensate ADI critical dimension proximity
US6277528B1 (en) 2000-01-21 2001-08-21 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method to change transmittance of attenuated phase-shifting masks
US6403267B1 (en) 2000-01-21 2002-06-11 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Method for high transmittance attenuated phase-shifting mask fabrication
US6647137B1 (en) 2000-07-10 2003-11-11 International Business Machines Corporation Characterizing kernel function in photolithography based on photoresist pattern
US6524755B2 (en) 2000-09-07 2003-02-25 Gray Scale Technologies, Inc. Phase-shift masks and methods of fabrication
US6451490B1 (en) 2000-11-08 2002-09-17 International Business Machines Corporation Method to overcome image shortening by use of sub-resolution reticle features
US6534225B2 (en) 2001-06-27 2003-03-18 International Business Machines Corporation Tapered ion implantation with femtosecond laser ablation to remove printable alternating phase shift features
CN100380485C (en) * 2002-10-10 2008-04-09 索尼株式会社 Method of manufacturing original disk for optical disks, and method of manufacturing optical disk
US7227228B2 (en) * 2004-05-21 2007-06-05 Kabushika Kaisha Toshiba Silicon on insulator device and method of manufacturing the same
EP1804119A1 (en) * 2005-12-27 2007-07-04 Interuniversitair Microelektronica Centrum Method for manufacturing attenuated phase- shift masks and devices obtained therefrom
US8524443B2 (en) * 2010-07-07 2013-09-03 Eulitha A.G. Method and apparatus for printing a periodic pattern with a large depth of focus
KR20160070801A (en) * 2013-12-26 2016-06-20 아사히 가세이 가부시키가이샤 Photosensitive resin composition and photosensitive resin laminate

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4902899A (en) * 1987-06-01 1990-02-20 International Business Machines Corporation Lithographic process having improved image quality
JP2710967B2 (en) * 1988-11-22 1998-02-10 株式会社日立製作所 Manufacturing method of integrated circuit device
JPH0827534B2 (en) * 1990-09-11 1996-03-21 三菱電機株式会社 Photo mask
JP3245882B2 (en) * 1990-10-24 2002-01-15 株式会社日立製作所 Pattern forming method and projection exposure apparatus
JP2725899B2 (en) * 1991-03-27 1998-03-11 シャープ株式会社 Photo mask
JP3163666B2 (en) * 1991-07-29 2001-05-08 ソニー株式会社 Pattern forming method using phase shift mask
JPH06123963A (en) * 1992-08-31 1994-05-06 Sony Corp Exposure mask and exposing method
US5415952A (en) * 1992-10-05 1995-05-16 Fujitsu Limited Fine pattern lithography with positive use of interference
JP3257893B2 (en) * 1993-10-18 2002-02-18 三菱電機株式会社 Phase shift mask, method for manufacturing the phase shift mask, and exposure method using the phase shift mask
JP3290862B2 (en) * 1994-09-29 2002-06-10 株式会社東芝 Photomask, exposure method using the photomask, and method for manufacturing the photomask

Also Published As

Publication number Publication date
JP3499714B2 (en) 2004-02-23
US5869212A (en) 1999-02-09
US5976733A (en) 1999-11-02
JPH1083065A (en) 1998-03-31
JP2003315979A (en) 2003-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5994002A (en) Photo mask and pattern forming method
US5882827A (en) Phase shift mask, method of manufacturing phase shift mask and method of forming a pattern using phase shift mask
KR100306415B1 (en) Photomask used for a projection exposure equipment
JP3368947B2 (en) Reticles and reticle blanks
US5718829A (en) Phase shift structure and method of fabrication
US6986974B2 (en) Attenuated phase shift mask for extreme ultraviolet lithography and method therefore
JPH10133356A (en) Photomask and pattern formation
JP4068503B2 (en) Exposure mask for integrated circuit and method for forming the same
JP2996127B2 (en) Pattern formation method
US5958656A (en) Pattern forming method using phase shift mask
JP2004069841A (en) Mask pattern and resist pattern forming method using the same
JP4138046B2 (en) Phase shift mask shifter phase difference measuring method and mask used therefor
US5268244A (en) Self-aligned phase shifter formation
JP3588212B2 (en) Exposure mask, method for manufacturing the same, and method for manufacturing semiconductor device
US5853921A (en) Methods of fabricating phase shift masks by controlling exposure doses
KR100915673B1 (en) Method of enhancing clear field phase shift masks with border regions around phase 0 and phase 180 regions
JPH11143047A (en) Photomask and its production
US20080311485A1 (en) Photomasks Used to Fabricate Integrated Circuitry, Finished-Construction Binary Photomasks Used to Fabricate Integrated Circuitry, Methods of Forming Photomasks, and Methods of Photolithographically Patterning Substrates
JPH07253649A (en) Mask for exposure and projection aligning method
US6251546B1 (en) Method of fabricating devices using an attenuated phase-shifting mask and an attenuated phase-shifting mask
JPH08106151A (en) Phase shift mask and its production
KR0183852B1 (en) Method of compensating boundary effect of photoresist thermal flow
JP3178516B2 (en) Phase shift mask
JP3320062B2 (en) Mask and pattern forming method using the mask
JP3007846B2 (en) Mask, manufacturing method thereof and pattern forming method using mask

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20060407

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060418

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060619

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20061024

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20061124

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20070105

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20070126

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20071210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080110

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110118

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees